摘　要: 城市生活垃圾焚燒技術(shù)作為固體廢棄物無害化、資源化、減量化處理較為徹底的技術(shù)之一,已得到了廣泛的應(yīng)用。但垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣含有大量的酸性氣體、有機(jī)類污染物、顆粒物及重金屬等物質(zhì),對環(huán)境產(chǎn)生極大危害。介紹了半干法煙氣凈化系統(tǒng)在垃圾焚燒中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞: 生活垃圾,煙氣污染,治理措施

1 　城市生活垃圾焚燒煙氣污染物的形成

生活垃圾組分比較復(fù)雜,某區(qū)域生活垃圾具體的應(yīng)用基成分見圖1 。

由于燃料組分的特殊性,生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的大氣污染物根據(jù)其性質(zhì)不同,主要有顆粒物、酸性氣體、重金屬和有機(jī)污染物4 大類[1 ] 。

 (1) 顆粒物。生活垃圾焚燒過程中,由于高溫?zé)岱纸饧把趸饔?燃燒物及其產(chǎn)物的體積和粒度減小,其中的不可燃物大部分滯留在爐排上以爐渣的形式排出,一小部分與焚燒產(chǎn)生的高溫氣體形成含有顆粒物即飛灰的煙氣流,經(jīng)余熱鍋爐熱交換后排出,煙氣含塵濃度約為3～6 g/ Nm3 。

(2) 酸性氣體。生活垃圾焚燒煙氣中的酸性氣體主要有HCl ,HF ,SOx ,NOx及CO 等,其主要來源于垃圾中某些特定成分的燃燒。其中, HCl 來源于垃圾中含氯塑料、廚浴、紙張、布等物質(zhì)的燃燒,其濃度約為1～1. 5 g/ Nm3 ; HF 主要來自垃圾中氟炭化物的燃燒,其形成機(jī)理與HCl 類似,濃度約為1～ 20 mg/ Nm3 ;SOx來源于含硫生活垃圾的高溫氧化過程,以SO2 為主,在重金屬催化作用下,有少量 SO3生成,SOx濃度約為0. 3～1 g/ Nm3 ;NOx 主要來自高溫條件下N2 和O2 的氧化反應(yīng),另外,含氮有機(jī)物的燃燒也可生成NOx ,NOx 中NO 所占比例高達(dá) 95 %,NO2 僅占很少一部分;CO 是由于生活垃圾中有機(jī)可燃物不完全燃燒產(chǎn)生的,有機(jī)可燃物中的炭元素在焚燒過程中,絕大部分被氧化為CO2 ,但由于局部供氧不足及溫度偏低等原因,極小部分被氧化為CO[2 ] 。

(3) 重金屬。生活垃圾焚燒煙氣中的重金屬類污染物源于焚燒過程中垃圾所含重金屬及其化合物的蒸發(fā),主要來自垃圾中的廢電池、日光燈管及含重金屬的涂料、油漆等的焚燒。該部分物質(zhì)一部分以氣相的形式存在于煙氣中,如Hg ;另有一部分重金屬分子進(jìn)入煙氣后被氧化,并凝聚成很細(xì)的顆粒物;還有一部分蒸發(fā)后附著在焚燒煙氣中的顆粒物上,以固相的形式存在于焚燒煙氣中。煙氣中重金屬的濃度約為60 mg/ Nm3 ,其中Hg 的濃度約為0. 2～ 0. 5 mg/ Nm3 ,Cd 的濃度約為0. 2～0. 3 mg/ Nm3 。

(4) 有機(jī)污染物。生活垃圾焚燒煙氣中的有機(jī)類污染物主要為二噁英類(包括二噁英及呋喃,簡稱二噁英類) 及多環(huán)芳香烴、氯苯和氯酚等,其中二噁英是目前已知化合物中毒性最強(qiáng)的一類物質(zhì),雖然含量極低,但危害巨大[ 2 ] 。

某項(xiàng)目鍋爐出口煙氣參數(shù)如表1 所示。

2 　垃圾焚燒煙氣污染在燃燒過程中的控制

垃圾焚燒生成的污染物來源于垃圾組分,其存在形式、數(shù)量與焚燒條件、凈化系統(tǒng)密切相關(guān)。從污染物的產(chǎn)生及其排放過程看,控制垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染可以采取以下措施。

由于二噁英是目前已知化合物中毒性最強(qiáng)的一類物質(zhì),雖然其含量極低,但必須加以嚴(yán)格控制。 ①確保垃圾在焚燒爐充分燃燒,由于CO 濃度是衡量垃圾是否充分燃燒的重要指標(biāo)之一,因此在爐膛中噴入適量二次空氣,使之與煙氣充分混合,降低 CO 濃度,同時(shí)控制二噁英的濃度[3 ] ; ②本項(xiàng)目循環(huán)流化床垃圾焚燒爐爐溫控制在850～950 ℃之間,爐膛出口氧量控制在6 %～8 % ,煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間大于4 s ,同時(shí)通過分級配風(fēng),改善爐內(nèi)流動結(jié)構(gòu)來減少垃圾焚燒生成的二噁英,流化床焚燒爐內(nèi)湍混強(qiáng)烈,符合“三T”( Time , Turbulence 和Temperature ) 原則; ③減少煙氣在300～500 ℃區(qū)域的停留時(shí)間, 控制余熱鍋爐的排煙溫度在170 ℃左右; ④控制進(jìn)入袋式除塵器的煙氣溫度在150 ℃以下,煙氣溫度降低時(shí),二噁英類極易吸附在煙氣中的顆粒物上,通過袋式除塵器將其與顆粒物一起除去,同時(shí)在進(jìn)入袋式除塵器的煙道內(nèi)噴入活性炭粉,進(jìn)一步吸附二噁英類。

3 　半干法煙氣凈化工藝在工程中的應(yīng)用

煙氣凈化一般主要有由脫酸、除塵、活性炭吸附3 個部分組成。目前,國內(nèi)外普遍采用的工藝主要是半干法/ 干法+ 布袋除塵器+ 活性炭吸附,其中脫酸技術(shù)是垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)的核心。下面介紹半干法煙氣凈化工藝在某生活垃圾焚燒熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目中的應(yīng)用。

該技術(shù)根據(jù)循環(huán)流化床理論和噴霧干燥原理, 采用懸浮方式,使吸收劑在吸收塔內(nèi)懸浮、反復(fù)循環(huán),與煙氣中的SO2 充分接觸反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)脫硫的一種方法。煙氣脫硫工藝分7 個步驟: ①吸收劑存儲和輸送; ②煙氣霧化增濕調(diào)溫; ③脫硫劑與含濕煙氣霧化顆粒充分接觸混合; ④二氧化硫吸收; ⑤增濕活化; ⑥灰循環(huán); ⑦廢渣排除。系統(tǒng)包括煙氣凈化塔系統(tǒng)、預(yù)除塵及灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑存儲和輸送系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)及控制系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。半干法煙氣凈化系統(tǒng)流程圖如圖2 所示。

3. 1 　主煙氣系統(tǒng)

半干法煙氣系統(tǒng)主要包括凈化塔、煙道、旁路煙道、煙道擋板門、布袋除塵器。來自鍋爐的煙氣大部分由凈化塔下部通過布風(fēng)裝置進(jìn)入凈化塔。原煙氣經(jīng)過文丘里后,在反應(yīng)塔中與熟石灰和循環(huán)物料進(jìn)行湍流接觸。同時(shí),煙氣中的酸性化合物按以下化學(xué)方程式進(jìn)行反應(yīng)。它們是反應(yīng)溫度在100 ℃以下的干法脫硫系統(tǒng)的關(guān)鍵反應(yīng)方程式(累積方程式,并不代表實(shí)際反應(yīng)過程按以下順序進(jìn)行) 。

在反應(yīng)塔的頂部,大部分的顆粒物沿反應(yīng)塔壁下落。剩余部分則與煙氣一同離開反應(yīng)塔進(jìn)入下游的低阻分離器和布袋除塵器,最終被分離并收集到其料斗內(nèi)。料斗也同時(shí)起到了物料中間儲存的作用,料斗內(nèi)絕大部分物料通過流化斜槽和旋轉(zhuǎn)給料閥回到反應(yīng)塔。因此,由反應(yīng)塔進(jìn)入低阻分離器的煙氣中顆粒物的含量可達(dá)到0. 6～1 kg/ Nm3 。通過物料循環(huán),顆粒物在反應(yīng)塔中的停留時(shí)間相當(dāng)長,從而提高了污染物的去除率,也增加了吸收劑的使用率。

通過監(jiān)測反應(yīng)塔入口和出口的壓差和煙氣流量來調(diào)節(jié)循環(huán)物料回料量,以確保流化床的壓差保持常量。霧化水由凈化塔喉部的雙流體霧化噴嘴噴入凈化塔,以很高的傳質(zhì)速率在凈化塔中與煙氣混合,煙氣中小液滴與氧化鈣顆粒以很高的傳質(zhì)速率與煙氣中的SO2 等酸性物質(zhì)混合反應(yīng), 生成 CaSO4 和CaSO3 等反應(yīng)產(chǎn)物。這些干態(tài)產(chǎn)物小部分從凈化塔塔底排灰口排出,大部分經(jīng)過預(yù)除塵器和布袋除塵器除塵。鍋爐煙氣經(jīng)過凈化塔、布袋除塵器凈化后,達(dá)到國家和自治區(qū)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。反應(yīng)器中的平均煙速為8 m/ s。

3. 2 　預(yù)除塵及灰循環(huán)系統(tǒng)

從反應(yīng)塔頂部出來的煙氣通過低阻分離器和布袋除塵器,進(jìn)行二級凈化。一般除塵器內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)相同。布袋除塵器由12 個獨(dú)立的腔室組成,每個腔室都設(shè)有擋板門隔開。因此,當(dāng)1 個布袋出現(xiàn)故障的時(shí)候,可以在不停機(jī)的情況下完成檢修和更換。為了保證煙氣通過布袋除塵器的壓降,布袋除塵器上設(shè)有脈沖清洗系統(tǒng),將附在布袋上的濾餅清除。清掃介質(zhì)為壓縮空氣,通過所設(shè)定的程序完成周期性自動清掃。清掃后的布袋除塵系統(tǒng)能在確保效率不變的前提下,使投入運(yùn)行的布袋數(shù)量最少。在清掃的過程中,由于布袋表面的擴(kuò)張,使得濾餅松動脫離布袋表面,落入底部料斗中。清掃裝置配有自動控制系統(tǒng)。當(dāng)某個腔室需檢修時(shí),清掃程序自動停止運(yùn)行。底部儲料器是一個中間儲倉, 將收集的濾餅送回反應(yīng)器。本系統(tǒng)設(shè)有灰再循環(huán)系統(tǒng),根據(jù)反應(yīng)器中灰的濃度和脫硫效率來調(diào)節(jié)循環(huán)倍率,達(dá)到提高Ca 的利用率及脫硫效率的目的, 循環(huán)灰一部分來自布袋除塵器,另一部分來自預(yù)除塵器分離下來的灰。布袋除塵器灰斗灰經(jīng)螺旋輸送機(jī)分2 路,一路經(jīng)星型給料機(jī)落入空氣斜槽回送至凈化塔下部文丘里擴(kuò)散段出口處,其余的灰經(jīng)另一路直接由倉泵輸送入灰?guī)焱馀拧?/p>

3. 3 　吸收劑存儲和輸送系統(tǒng)

本系統(tǒng)設(shè)有Ca (OH) 2 存儲、輸送系統(tǒng)和活性炭加料儲存、輸送系統(tǒng)。設(shè)2 個儲存?zhèn)}, 分別儲存 Ca (OH) 2和活性炭。在Ca (OH) 2 儲倉錐底配有流化系統(tǒng),采用壓縮空氣作為流化風(fēng),以避免消石灰的板結(jié)。反應(yīng)所需的Ca (OH) 2 通過氣力輸送至反應(yīng)塔。

活性炭主要用于吸附煙氣中的重金屬及二噁英�；钚蕴績}與吸收劑儲倉同區(qū)域布置,將其整合為一個完整的系統(tǒng),同時(shí)也便于使用同一管路進(jìn)行吸收劑與活性炭的輸送。反應(yīng)所需的活性炭通過氣力輸送至反應(yīng)塔。

3. 4 　工藝水系統(tǒng)

本煙氣脫酸工藝須向反應(yīng)塔內(nèi)噴入適量的工藝水,煙氣從底部進(jìn)入反應(yīng)塔并與噴入的霧化后的工藝水接觸,起到了降低反應(yīng)溫度的作用,也使煙氣中的水汽含量加大,有利于實(shí)現(xiàn)理想的污染物去除率。

工藝水通過高壓水泵送至反應(yīng)塔,在反應(yīng)塔內(nèi)經(jīng)過一個高壓回流式噴嘴形成細(xì)小的霧化顆粒。高壓水泵采用多級離心泵, 將工藝水水壓升至 4. 0 MPa左右,并通過安裝在循環(huán)回水管上的控制閥調(diào)節(jié)噴入的水量。為保證工藝水噴嘴的正常工作,設(shè)有高壓風(fēng)機(jī)為噴嘴形成保護(hù)氣膜(罩) ,以免噴嘴堵塞。

3. 5 　輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)主要包括氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)。壓縮空氣系統(tǒng)主要用于控制閥、旋轉(zhuǎn)加料閥等,清掃倉頂除塵器,布袋除塵器清灰,吸收劑和終產(chǎn)物儲倉的通風(fēng),氣力輸送物料至儲倉。

因本系統(tǒng)中使用了相當(dāng)量的活性炭,活性炭在空氣中會緩慢氧化生成易燃易爆的CO ,故在系統(tǒng)中特設(shè)置了氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。停機(jī)時(shí),在可能出現(xiàn)活性炭的部位進(jìn)行充氮保護(hù),以避免氧化反應(yīng)的發(fā)生。

4 　結(jié)　語

垃圾焚燒能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)生活垃圾的減量化、無害化、資源化,具有很好的應(yīng)用前景,但焚燒不可避免帶來二次污染,尤其是由飛灰、酸性氣體、二噁英和重金屬等組成的焚燒煙氣的污染。采用適當(dāng)?shù)臒煔鈨艋幚砑夹g(shù),可對污染物的排放進(jìn)行有效的控制。通過本文所述除塵及煙氣凈化系統(tǒng)處理后,本工程煙氣污染物對外排放指標(biāo)可完全符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1 ] 國家環(huán)境保護(hù)總局,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)[ S] . GB 18485 —2001.

[2 ] 何晶晶,曹群科,馮軍會,等. 生活垃圾焚燒副產(chǎn)物產(chǎn)生源特征[J ] . 環(huán)境工程,2005 ,25 (2) : 57259.

[3 ] 屠　進(jìn). 垃圾焚燒發(fā)電廠中各種二次污染的控制[J ] . 能源與環(huán)境,2002 ,21 (3) : 28230.

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